KR20130124147A - Improved position sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특히 절대 위치 측정을 위한 시스템의 파라미터화를 위한 방법에 관한 것이며, 상기 시스템은 영구 자석, 주어진 경로에 대하여 상기 자석에 대하여 이동 가능한 하나 이상의 프로브, 보정 계수 G가 적용되고, 프로브의 출력 신호들 사이의 비의 아크탄젠트에 기초하여 계산된 위치 정보를 제공하는 계산 수단을 포함하며, 상기 신호들은 유사-사인파형 및 사각형이다. 상기 방법은 프로브로부터의 출력되는 신호의 유사-사인파형 특성으로 인하여 측정 스템의 오차를 최소화하여 계수 G 값을 선택하는 것을 포함하는 최적화 단계를 포함한다. The present invention relates in particular to a method for parameterization of a system for absolute position measurement, wherein the system is adapted with a permanent magnet, at least one probe movable with respect to the magnet with respect to a given path, a correction factor G, and the output of the probe Calculation means for providing position information calculated on the basis of the arc tangent of the ratio between the signals, wherein the signals are quasi-sinusoidal and square. The method includes an optimization step comprising selecting the coefficient G value by minimizing the error of the measurement stem due to the pseudo-sinusoidal nature of the signal output from the probe.

Description

개선된 위치 센서 {Improved position sensor}Improved position sensor {Improved position sensor}

본 발명은 정확한 선형 또는 각 위치 정보를 제공하는 마그네틱 센서를 갖는 절대 위치 시스템 분야에 관련된 것이다. 이러한 측정 시스템들은 상당한 내구성과 큰 정확성을 요구하며, 특히 자동차 산업에 이용된다. The present invention relates to the field of absolute position systems with magnetic sensors that provide accurate linear or angular position information. These measurement systems require significant durability and great accuracy, and are particularly used in the automotive industry.

종래 기술로서 알려진 해결책이 연속적으로 변화하는 자기장을 생성하는 자석과 상기 자석과 센서의 상대적 위치를 결정하도록 사인파 형태를 갖는 마그네틱 성분들을 나타내는 두 개의 전기 신호들을 전달하는 마그네틱 센서를 사용하는 절대 위치 센서의 일반적인 원리를 도입하는 미국특허 제7,741,839호에 기재되어 있다. 상기 특허는 이동 가능한 자석의 대략적인 위치를 제공하기 위하여 두 개의 센서에 의해서 전달된 신호들 사이의 비의 아크탄젠트(arctangent) 계산을 수행할 것을 제안한다. 이러한 방식으로, 자기장의 각도는 측정 지점에서 직접적으로 측정된다. A solution known as the prior art of an absolute position sensor uses a magnet that generates a continuously changing magnetic field and a magnetic sensor that conveys two electrical signals representing magnetic components having a sinusoidal shape to determine the relative position of the magnet and sensor. It is described in US Pat. No. 7,741,839 which introduces a general principle. The patent proposes to perform an arctangent calculation of the ratio between signals transmitted by two sensors to provide an approximate position of the movable magnet. In this way, the angle of the magnetic field is measured directly at the measuring point.

따라서, 일반적인 경우에 자기장의 두 가지 성분들이 매우 다른 진폭을 갖기 때문에 결정된 각도의 정밀함은 만족스럽지 못하다. 그 결과, 아크탄젠트에 의해 계산된 자기장의 각도와 위치의 변화는 비례하지 않고, 따라서 이는 위치의 지식에 대한 큰 부정확성을 초래한다. 상기 성분들 사이에서 대등하게 얻을 수 있게 하는 기하학적 구성은 한정되어 있거나, 예를 들면 미국특허 제7,030,608호에서 개시하고 있는 바와 같이 벌크(bulk)에 상당한 충격을 필요로 한다. Thus, in the general case, the precision of the determined angle is not satisfactory because the two components of the magnetic field have very different amplitudes. As a result, the change in the angle and position of the magnetic field calculated by the arc tangent is not proportional, and this leads to a large inaccuracy in the knowledge of the position. The geometries that make it possible to obtain comparable between these components are limited or require a significant impact on the bulk, as disclosed, for example, in US Pat. No. 7,030,608.

정확도를 향상시키기 위하여, 센서들에 의해 전달된 신호들의 비의 이득 계수를 적용하는 것과 자속 집중기가 결합되는 두 쌍의 홀 요소(Hall element)들을 구비한 프로브로 구성된 프랑스 특허 제2893410호가 제시되었다. 이 선행 기술 특허는 그 직경을 따라 자기화된 원통형 자석을 갖는 센서를 개시하고 있다. 추적 요소들은 자석의 주변에 위치하고 자기장의 접선 방향 성분 및 반경 방향 성분의 변화를 감지한다. 센서의 실제 회전 각도를 기록하기 위하여, 반경 방향 성분으로부터의 전압에 대한 접선 방향 성분으로부터의 전압의 최대 진폭의 비인 보정 이득이 적용된다. 이러한 방식으로, 획득된 신호의 비-선형성이 개선된다. 그러나 이 구성은 직경 방향으로 자기화된 링의 경우로 한정된다.In order to improve the accuracy, French patent 2893410 has been proposed, which consists of applying a gain factor of the ratio of the signals transmitted by the sensors and a probe with two pairs of Hall elements to which the flux concentrator is coupled. This prior art patent discloses a sensor having a cylindrical magnet magnetized along its diameter. The tracking elements are located around the magnet and sense the change in the tangential and radial components of the magnetic field. To record the actual angle of rotation of the sensor, a correction gain is applied, which is the ratio of the maximum amplitude of the voltage from the tangential component to the voltage from the radial component. In this way, non-linearity of the obtained signal is improved. However, this configuration is limited to the case of the ring magnetized in the radial direction.

이러한 해결책은 프랑스 특허에 기초한 유럽 특허 제1989505호에 개시된 발명에 의해 해결된다. 이 특허는 자석 내에서 자기화 방향의 변화가 선형적으로 변화하는 자석을 갖는 선형 또는 회전형 센서에 대하여 개시하고 있다. 이러한 방식으로, 여전히 방사 방향 및 접선 방향 자기장의 전압 사이의 진폭들의 비인 표준화 요소를 적용함으로써, 아크 탄젠트 계산을 통하여 자석에 대한 프로브의 각 또는 선형 움직임을 결정할 수 있다. 그러나 많은 경우에, 특히 자기화 고조파들이 상당한 경우 또는 재료들에 대해 수행된 자기화가 전체 주기에 걸쳐 진행되지 않은 경우, 이 단순 비의 적용으로는 충분한 위치 정보의 정확성을 얻을 수 없다. This solution is solved by the invention disclosed in European Patent No. 1989505 based on the French patent. This patent discloses a linear or rotary sensor with a magnet in which the change in magnetization direction changes linearly in the magnet. In this way, by applying a normalization element which is still the ratio of the amplitudes between the radial and tangential magnetic field voltages, it is possible to determine the angle or linear movement of the probe with respect to the magnet through the arc tangent calculation. In many cases, however, especially if the magnetization harmonics are significant or if the magnetization performed on the materials has not progressed over the entire period, the application of this simple ratio does not yield sufficient positional information accuracy.

종래 기술의 단점들Disadvantages of the Prior Art

자기 및 전기 신호들의 비-선형성으로 이후에 산업상으로 부과된 제약들을 고려하면 불충분한 정확성을 초래하는 것이 명백하므로, 종래 기술의 센서들에 의해 제공된 위치 정보는 완전히 만족할 수 있는 것이 아니다. Since the non-linearity of the magnetic and electrical signals is obvious to result in insufficient accuracy, given the constraints imposed later on in the industry, the positional information provided by the prior art sensors is not entirely satisfactory.

사실, 실험상으로, 신호들은 실제로 완전한 사인 곡선 형태로 측정되는 것인 아니나, 매우 상당한 고조파 성분을 갖는다. 그러면, 마그네틱 성분 각각은 다음 식과 같이 표시될 수 있다: In fact, experimentally, the signals are not actually measured in the form of a perfect sinusoid, but have very significant harmonic content. Then, each of the magnetic components can be represented as follows:

Figure pct00001
Figure pct00001

여기서:here:

- B1은 자석에 의해서 형성되는 이동 방향에 대해 법선 방향인 마그네틱 성분을 의미함,B 1 means the magnetic component which is normal to the direction of movement formed by the magnet,

- B2 는 자석에 의해서 형성된, 횡축 방향의, 접선 방향 마그네틱 성분을 의미함, B 2 means the axial magnetic component in the transverse direction formed by the magnet,

- θ는 전기적 각도, 즉 고려된 신호의 주기에 대한 각 위치를 의미한다. 이 것이 알고자 하는 것이며, 자석에 대한 프로브의 위치에 비례하는 것이고, 두 개의 고려된 성분들에 대응하는 두 개의 벡터들 사이의 각도로 정의되는 측정 지점에서의 마그네틱 각도와 혼동되어서는 안 됨,-θ means the electrical angle, ie the angular position relative to the period of the considered signal. This is what we want to know, is proportional to the position of the probe with respect to the magnet, and should not be confused with the magnetic angle at the measuring point defined as the angle between two vectors corresponding to the two considered components,

- ai 는 신호 B1을 구성하는 다른 고조파들의 진폭을 의미함, a i is the amplitude of the other harmonics that make up the signal B 1 ,

- bi는 신호 B2,를 구성하는 다른 고조파들의 진폭을 의미함,-b i is the signal B 2 , the amplitude of the other harmonics that make up

- i는 고조파의 랭크(rank)를 의미함.i is the rank of harmonics.

신호의 고조파는 다른 방해 요인들로부터 유래하며, 특히:Harmonics of the signal come from other sources of disturbance, in particular:

- 자석의 본질적인 형상에 의한 에지 효과, 이용 가능한 경로의 단부에서 주로 발생한다. 이러한 에지 효과들은 이동 방향의 자석의 크기가 이용 가능한 경로와 비슷하거나 더 작은 경우에 보다 명백해진다. 이러한 효과들은 큰 자석을 선택함으로써 감소할 수 있지만, 이는 원하는 소형화와 비용 절감에 역행하게 된다.Edge effects due to the intrinsic shape of the magnet, mainly occurring at the ends of the available paths. These edge effects become more apparent when the size of the magnet in the direction of travel is similar to or smaller than the available path. These effects can be reduced by choosing a large magnet, but this is counter to the desired miniaturization and cost reduction.

- 자기화 처리 과정에 결함. 연속적으로 방향이 바뀌는 자석을 제공하는 것은 자기화 도구를 생산에 관한 어려움을 만들어낸다. 예를 들면, 움직임의 방향에 완벽하게 선형적으로 바뀌는 자기화를 제공하는 것이 어렵고, 그 드리프트(drift)는 홀 효과 부재들에 의해 측정된 전기적 신호의 고조파를 초래한다. -Defects in the magnetization process. Providing a continuously changing magnet creates challenges for producing magnetization tools. For example, it is difficult to provide a magnetization that is perfectly linear in the direction of movement, and its drift results in harmonics of the electrical signal measured by the Hall effect members.

- 자석의 각각의 투자율: 이 각각의 투자율은 공기의 투자율과 완전히 동일하지는 않으며, 각각의 투자율로 자석과 공기 사이의 기생 회절 현상(parasitic diffraction phenomena)을 만들어 내고, 홀 효과 부재들에 의해 추적된 국부적인 자기장을 변형시킨다.The magnetic permeability of the magnet: Each of these magnetic permeability is not exactly the same as the permeability of the air, but at each magnetic permeability creates a parasitic diffraction phenomena between the magnet and the air and tracked by the Hall effect members. Transforms the local magnetic field

- 자기장의 비-균일성: 특히 결합되는 자석들과 같이, 특정 종류의 자석이 작용하는 경우, 때때로 재료들은 비-균일성을 갖고, 자기 특성을 변질시키고 국부적인 자기장의 변형을 야기한다. Non-uniformity of magnetic field: In particular, when certain kinds of magnets act, such as magnets that are joined, the materials sometimes have non-uniformities, which deteriorate the magnetic properties and cause local deformation of the magnetic field.

- 자기장의 성분들을 추적하는 홀 효과 부재들의 열악한 정렬.Poor alignment of the Hall effect members to track the components of the magnetic field.

따라서, 종래 기술은 고조파 성분이 약하거나 존재하지 않는 경우와 신호들이 기초적인 표현을 대략적으로 하는 경우의 구성 내용에 기초한다. 그러면, 상술한 B1 와 B2 는 다음과 같다:Thus, the prior art is based on the configuration content when the harmonic component is weak or absent and the signals approximate the basic representation. Then, B 1 and B 2 described above are as follows:

Figure pct00002
Figure pct00002

그러면, 전기적 각도는 B2에 대한 B1의 몫을 얻음으로써 간단하게 접근하게 되고, 다음의 식에 이를 수 있게 한다:The electrical angle is then relative to B 2 By simply taking the quotient of B 1 , we have a simple approach, which leads to the following equation:

Figure pct00003
Figure pct00003

따라서, 센서의 움직임의 모든 지점에서 전기적 각도를 앎으로써, 그 절대 위치 정보에 접근할 수 있게 된다. Thus, by subtracting the electrical angle at every point of the sensor's movement, the absolute position information can be accessed.

일반적으로, 신호가 변형된 사인 곡선이고, 상술한 이유 때문에 순수한 사인 곡선이 아닌 경우, 자석의 표면과 측정 프로브 사이의 작은 거리, 즉 자석에 근접하는 거리로 작용하는 경우 고조파 성분을 증폭시키게 된다. 추가로 자석을 부가하면, 더 작은 고조파 성분을 얻게 된다. 그러나 가능한 작은 자석으로 작업하고자 하는 경우, 측정 공기 간극이 상당한 경우에도 에지 효과들은 상당한 고조파 성분의 원인이 될 수 있다. 전기적 각도를 제공하는 종래 기술에 의해 주어진 식은 불충분하다. In general, if the signal is a modified sinusoid and is not a pure sinusoid for the reasons described above, it will amplify the harmonic components when acting as a small distance between the surface of the magnet and the measurement probe, i. Adding additional magnets results in smaller harmonic components. However, if one wishes to work with as small a magnet as possible, edge effects can cause significant harmonic content even when the measurement air gap is significant. The equation given by the prior art for providing the electrical angle is insufficient.

당업자는 정보의 후 처리 과정과 같은, 예를 들면 디지털 선형화 과정을 가능하게 하는 보정 표를 적용하는 것과 같은 해결책들을 통하여 정확성을 향상시키기 위해 노력해 왔다. 이러한 해결책은 과도한 비용과 내구성이 떨어진 시스템, 기계적 변화에 민감함 및 위치 허용성 및 특히 자석과 프로브 사이의 거리 변화의 원인이 되었다. 상술한 파라미터의 일부는 시간에 따라 변화하며, 후-처리 과정에만 의하는 보정으로 센서의 수명에 의존하는 드리프트를 초래하였다. Those skilled in the art have tried to improve the accuracy through solutions such as post processing of information, for example by applying correction tables to enable digital linearization processes. This solution caused excessive cost and inferior systems, susceptibility to mechanical changes and positional tolerances, and in particular the distance change between magnets and probes. Some of the above parameters change over time, with corrections based only on post-processing, resulting in drifts that depend on the life of the sensor.

프랑스 특허 제2893410호에 제시된 또 다른 해결책은, 예를 들면 원형이 아닌 타원형 영역을 통하여 자석의 비-균일 형상을 통하여 선형성의 단점을 상쇄하는 것으로 구성된다. 이 해결책은 더욱 복잡해진 생산 방법을 포함하게 된다. Another solution presented in French patent 2893410 consists in offsetting the disadvantage of linearity through the non-uniform shape of the magnet, for example through an elliptical region which is not circular. This solution will include more complex production methods.

다른 해결책은 센서의 선형성을 향상시키기 위하여 영역마다 그리고 반복적으로 곡선 구역에 의해 보정 계수를 적용하는 것이다. 그러나, 이것은 추가적은 전원을 필요로 하고, 사용하기에 충분한 내구성을 갖지 못하여, 이 해결책은 시간에 대한 열악함을 포함하게 된다. Another solution is to apply correction coefficients by area and repeatedly by curve area to improve the linearity of the sensor. However, this requires an additional power source and does not have sufficient durability to use, so this solution involves poor time.

미국특허 제7,741,839호U.S. Pat.No.7,741,839 미국특허 제7,030,608호U.S. Patent 7,030,608 프랑스특허 제2893410호French Patent No. 2893410 유럽특허 제1989505호European Patent No. 1989505

본 발명은 후-처리 공정이나 특정 자석 구성이 없이도 종래기술의 센서의 상태에 대하여 정확성을 향상시킨 절대 측정 시스템을 제공함으로써 단점들을 해결하는 것을 목적으로 한다. 물론, 본 발명에 따르면 측정 시스템에 추가적인 처리 공정을 적용할 수 있고, 그러나 본질적으로, 본 발명에 따른 측정 시스템은 종래 기술의 센서에서의 정확성보다 더욱 큰 정확성을 갖는다. The present invention aims to solve the disadvantages by providing an absolute measuring system which improves the accuracy of the state of the art sensors without the need for post-processing or specific magnet construction. Of course, according to the invention it is possible to apply further processing to the measurement system, but in essence, the measurement system according to the invention has a greater accuracy than that of the prior art sensors.

본 명세서의 의미 내에서 "절대 정확성(absolute precision)"이란 용어는 다중-주기 측정 시스템을 지칭하는 것으로 특정 지어진다. 그러면, 절대 위치는 주기에 대한 절대 위치에 관한 것이고, 주기의 데이터에 관한 정보는 추가적인 수단에 의해 결정된다. Within the meaning of this specification the term "absolute precision" is specified to refer to a multi-cycle measurement system. The absolute position then relates to the absolute position relative to the period and the information about the data of the period is determined by additional means.

바람직하게는, 본 발명은 특히 당업자가 단단한 센서를 제공하는 것을 가능하게 하고, 평행 육면체형 자석의 경우에, 또는 각 섹터 또는 타일 형태의 자석의 경우에, 매우 우수한 선형성을 유지하면서 실질적으로 경로에 대해 작은 자석을 얻게 하는 것을 가능하게 함으로써, 경로의 크기에 대한 자석의 크기가 작아지게 할 수 있다. Preferably, the present invention makes it possible, in particular, for a person skilled in the art to provide a rigid sensor, in the case of parallel hexahedron magnets, or in the case of magnets in the form of angular sectors or tiles, in the path while maintaining very good linearity. By making it possible to obtain a small magnet for the path, the size of the magnet relative to the size of the path can be made smaller.

바람직하게는, 본 발명은 당업자가 고조파 성분이 매우 상당한 경우 작은 측정 공기 간격으로 그리고 큰 측정 공기 간극으로도 모두 작동할 수 있게 한다. Preferably, the present invention allows a person skilled in the art to operate both with a small measuring air gap and even with a large measuring air gap when the harmonic components are very significant.

사실, 그 경우에, 고조파 성분은 확실히 매우 작지만, 에지 효과들로 자석이 측정된 경로보다 작은 경우에 상당한 고조파 성분을 야기할 수 있다. In fact, in that case, the harmonic components are certainly very small, but with edge effects can cause significant harmonic components if the magnet is smaller than the measured path.

여기서 언급된 다양한 경우들에서, 고조파 성분은 무시할 수 없는 것이다. In the various cases mentioned here, harmonic components are not negligible.

보다 일반적으로, 본 발명은 절대 위치 측정을 위한 시스템에 관한 것이고, 상기 시스템은 영구 자석, 상기 자석에 대하여 주어진 경로로 이동 가능한 하나 이상의 프로브를 포함하고, 상기 자석은 이동 방향에 대하여 접선 방향인 제1 마그네틱 성분 Bt과 횡 방향이으로 제1 마그네틱 성분에 대하여 수직이면서 법선 방향인 제2 마그네틱 성분 Bn을 갖도록 프로브에서 자기장을 형성하고, 상기 프로브는 각각 상기 마그네틱 성분 Bn, Bt들에 의존하는 두 개의 전기 신호들을 전달하고, 보정 계수 G가 적용된 신호 Vn, Vt들 사이의 비의 아크탄젠트에 기초하여 산출된 위치 정보를 제공하는 계산 수단을 포함하고, 상기 계산 수단은 신호 Vn, Vt들 중 하나에 k와는 엄밀히 다른 이득 G를 적용함으로써 파라미터화되고, k는 Vmaxt 및 Vmaxn가 각각의 경로에 대한 신호 Vt 및 Vn 진폭을 나타내는 경우의 비 Vmaxt/Vmaxn 의미하는 것이고, 상기 이득 G는 상기 마그네틱 성분들로부터 획득된 위치 값들과 대응하는 실제 기계적 위치 값들 사이의 편차를 최소화기 위하여 산출되는 것을 특징으로 한다. More generally, the present invention relates to a system for absolute position measurement, the system comprising a permanent magnet, at least one probe movable in a given path with respect to the magnet, the magnet being tangential to the direction of movement. A magnetic field is formed at the probe to have a second magnetic component B n transverse to the first magnetic component B t and perpendicular to the first magnetic component in the transverse direction, the probes respectively having the magnetic components B n and B t . Calculating means for delivering two dependent electrical signals and providing position information calculated on the basis of the arc tangent of the ratio between the signals V n , V t to which the correction factor G has been applied, said calculating means comprising a signal V n, is parameterized by applying the k other than strictly gain G in one of the V t, k is each path t Vmax and Vmax n is Of the signal V t and V n In the case of amplitude, the ratio Vmax t / Vmax n And the gain G is calculated to minimize the deviation between the position values obtained from the magnetic components and the corresponding actual mechanical position values.

제1 대안에 따르면, 상기 영구 자석은 움직임의 방향으로 연속적으로 바뀌는 자기화 방향을 갖는다. According to a first alternative, the permanent magnet has a magnetization direction that changes continuously in the direction of movement.

제2 대안에 따르면, 상기 영구 자석은 그 세기가 움직임의 방향으로 연속적으로 바뀌는 단방향 자기화를 갖는다. According to a second alternative, the permanent magnet has a unidirectional magnetization whose intensity is continuously changed in the direction of movement.

바람직하게는, 상기 계산 수단은 신호 Vn, Vt들 중 하나에 0.4 k 내지 0.98 k또는 1.02 k 내지 2.5 k 사이의 값으로 이루어진 이득 G을 적용하기 위하여 파라미터화되고, 여기서 k는 신호 Vn 및 Vt들의 진폭 사이의 비를 의미한다. Preferably, said calculating means is parameterized to apply a gain G consisting of a value between 0.4 k and 0.98 k or between 1.02 k and 2.5 k to one of the signals V n , V t , where k is the signal V n. And the ratio between the amplitudes of V t .

바람직하게는, 상기 마그네틱 센서는 두 개 이상의 홀 효과 센서를 포함한다. Preferably, the magnetic sensor comprises two or more Hall effect sensors.

바람직하게는, 상기 마그네틱 센서는 예를 들면 멜렉시스(Melexis)사에서 만든 엠엘엑스90316(MLX90316) 프로브와 같이, 자속 집중기와 결합된 두 쌍 이상의 홀 효과 부재들을 포함한다. Preferably, the magnetic sensor includes two or more pairs of Hall effect members coupled to a flux concentrator, such as for example an MLX90316 probe made by Melexis.

제2 실시예에서, 상기 프로브는 예를 들면 마이크로나스(Micronas)사에 의한 에이치에이엘3625(HAL3625프로브)와 같은, 집중기가 없는 홀 효과 프로브일 수도 있다. In a second embodiment, the probe may be a hall effect probe without a concentrator, such as HAL3625 probe by Micronas Corporation.

제2 실시예에서, 상기 프로브는 자기 저항 타입일 수도 있다. In a second embodiment, the probe may be of magnetoresistance type.

제1 대안에 따르면, 상기 영구 자석은 튜브형이다. According to a first alternative, the permanent magnet is tubular.

제2 대안에 따르면, 상기 영구 자석은 유사-튜브형(semi-tubular) 및 타일형(tile-shaped)이다.According to a second alternative, the permanent magnets are semi-tubular and tile-shaped.

제3 대안에 따르면, 상기 영구 자석은 각 섹터(angular sector)형이다. According to a third alternative, the permanent magnet is angular sector type.

제4 대안에 따르면, 상기 영구 자석은 평행 육면체형 부품이다. According to a fourth alternative, the permanent magnet is a parallelepiped component.

제5 대안에 따르면, 상기 영구 자석은 디스크형이다.According to a fifth alternative, the permanent magnet is disc shaped.

어느 한 특정 실시예에 따르면, 상기 자석은 직경 방향으로 자기화된다.According to one particular embodiment, the magnet is magnetized in the radial direction.

어느 한 특정 실시예에 따르면, 상기 자석은 튜브형이고, 직경 방향으로 자기화된다. According to one particular embodiment, the magnet is tubular and magnetized in the radial direction.

연속적으로 그 방향이 바뀌는 자기화는 측정 차원을 따라서 위치한 영역에서 원하는 방향을 가질 수 있다. 예를 들면, 간섭 자기장(예를 들면 케이블로부터 발생된)이 자석에 적용되는지와 자석의 중간 위치에서 모든 환경 하에서 비-저하 정밀성을 보존하기 위하여 그 효과를 최소화하기 원하는 지에 따라 자석의 중앙에 법선 방향 또는 접선 방향 자기화를 도입할 수 있다. 그러면 자석의 중앙에서 상기 간섭 자기장의 방향을 앎으로써 바람직하게는 자석의 중앙에서 자기화의 방향을 선택할 수 있다. 따라서, 상기 간섭 자기장이 움직임의 가운데에 대해 접선 방향인 방향을 갖는 경우, 자석의 가운데에 접선 방향인 방향을 갖는 자기화를 선택할 수 있다. 물론, 앞서 제시한 예는 센서의 경로의 가운데 위치에 전혀 제한되지 않으며 센서의 경로의 어떤 지점에도 고려될 수 있다. The magnetization that is continually changed in direction can have the desired direction in the region located along the measurement dimension. For example, the normal at the center of the magnet depends on whether an interfering magnetic field (e.g. generated from the cable) is applied to the magnet and whether the effect is to be minimized to preserve non-degrading precision under all circumstances at the magnet's intermediate position. Directional or tangential magnetization can be introduced. The direction of the magnetization can then be selected at the center of the magnet, preferably by subtracting the direction of the interference magnetic field from the center of the magnet. Therefore, when the interference magnetic field has a direction tangential to the center of the movement, magnetization having a direction tangential to the center of the magnet can be selected. Of course, the example presented above is not limited at all to the center position of the path of the sensor and can be considered at any point in the path of the sensor.

어느 한 특정 실시예에 따르면, 영구 자석은 경로의 단부에 대해 접선 방향인 방향 및 법선 중앙 방향 사이에서 바뀌는 방향을 갖는 자기화를 갖고, 경로에 대한 전기적 각도의 전체 회전은 실질적으로 180°가 된다. According to one particular embodiment, the permanent magnet has magnetization with a direction that varies between the direction tangential to the end of the path and the normal center direction, and the overall rotation of the electrical angle with respect to the path is substantially 180 °. .

또 다른 특정 실시예에 따르면, 영구 자석은 경로의 단부에 대해 접선 방향인 방향 및 접선 중앙 방향 사이에서 바뀌는 방향을 갖고 자기화되며, 경로에 대한 전기적 각도의 전체 회전은 실질적으로 360°보다 작게 된다. According to another particular embodiment, the permanent magnet is magnetized with a direction that changes between the direction tangential to the end of the path and the direction of the tangential center, wherein the overall rotation of the electrical angle with respect to the path is substantially less than 360 °. .

비-튜브형 자석의 경우에, (가운데에 법선 방향 또는 가운데에 접선 방향인)자기화 유형 및 자석에 대한 자기화의 전체 회전은 원하는 성능 및 사이즈 제한에 따라서 결정될 수 있다. 도 4 및 도 5의 표들은 자석의 고정된 치수 및 주어진 경로에 대한 몇 가지 실험 예들을 나타낸다. 이러한 표들은 원하는 자석의 크기에 따라서, 자기화 유형의 선택이 안내되고, 그 중에서도 비-선형성에 대해 획득된 성능에 의하여 안내된다. In the case of non-tubular magnets, the magnetization type (centered in the normal or tangential direction in the middle) and the total rotation of magnetization for the magnet can be determined according to the desired performance and size constraints. The tables in FIGS. 4 and 5 show some experimental examples for a given dimension and fixed dimensions of the magnet. These tables are guided by the choice of magnetization type, depending on the size of the magnet desired, and inter alia by the performance obtained for non-linearity.

일 대안에 따르면, 자석은 비등방성 타입이며, 자기화의 방향은 비등방성 방향으로 정렬된다. According to one alternative, the magnet is of anisotropic type and the direction of magnetization is aligned in the anisotropic direction.

바람직하게는, 상기 자석은 방향이 자석의 경로에 따라서 연속적으로 변화하는 비등방성을 갖는다. Preferably, the magnet has anisotropy in which the direction changes continuously along the path of the magnet.

또한, 본 발명은, 사용된 경로에 사용할 수 있는 경로에 대하여 상기 신호 Vn 및 Vt들의 최대 진폭 Vmaxn, Vmaxt을 결정하는 것, 비 Vmaxt / Vmaxn와 같은 계수 k를 산출하는 것 및 아크탄젠트 계산에 앞서 계산된 위치와 실제 위치 사이의 차이의 글로벌 최소화(global minimization)를 통하여 k와는 엄격히 다른 이득 계수 G를 설정하는 것으로 이루어진 절대 위치 계산을 위한 시스템의 파라미터화를 위한 방법에 관한 것이다. The present invention also relates to the signal V n for a path that can be used for the path used. And determining the maximum amplitudes Vmax n , Vmax t of V t , calculating a coefficient k such as the ratio Vmax t / Vmax n, and global minimization of the difference between the calculated position and the actual position prior to the arctangent calculation. through minimization), a method for parameterization of a system for absolute position calculation consisting of setting a gain factor G that is strictly different from k.

또한, 본 발명은 상술한 유형의 절대 위치를 측정하기 위한 시스템을 구동하기 위한 방법에 관한 것으로서, 자석 및 프로브를 포함하고, 신호 Vn 및 Vt들이 변형되거나 순수한 사인 곡선인 아닌 유사-정현파형 사인 곡선으로이며, 상기 방법은측정 또는 시뮬레이션을 통하여 그리고 자석과 프로브의 복수개의 상대적인 위치들에 대하여, 이 상대적인 위치 각각의 측정치 X를 상대적 위치 X에 대하여 획득된 전기적 신호 Vn 및 Vt의 비 Vn / Vt에 연결하는 법칙을 설립하는 것으로 이루어진 예비 교정 단계(preliminary calibration operation), C는 공지된 구조 상수이고, 이득 G을 위하여 다양한 측정치 X들과 다양한 함수 C.Arctg(G . Vn / Vt)값들 사이의 편차가 복수의 상대적 위치들에 대하여 얻어진 최소값인, 상기 이득 G 값을 결정하는 것으로 이루어진 예비 최적화 단계, 및 시스템의 사용 동안에 수행되고, 자석과 프로브의 상대적인 어떠한 위치의 측정치 X와 함수 C.Arctg(G . Vn / Vt)의 값을 비교하는 것으로 구성되는 연속된 이용 단계를 포함한다. The invention also relates to a method for driving a system for measuring an absolute position of the type described above, comprising a magnet and a probe, the pseudo-sinusoidal sinusoidal curves in which the signals Vn and Vt are not modified or pure sinusoidal curves. The method is characterized by measuring or simulating and for a plurality of relative positions of the magnet and the probe, the measured value X of each of these relative positions to the ratio Vn / Vt of the electrical signals Vn and Vt obtained relative to the relative position X. A preliminary calibration operation consisting of establishing a linking law, C is a known structural constant, for the gain G the deviation between the various measurement values X and the various function C.Arctg (G.Vn/Vt) values. A preliminary optimization step consisting in determining the gain G value, where is a minimum value obtained for a plurality of relative positions, and It is performed during the use of the system and includes a continuous use step consisting of comparing the value of the function C.Arctg (G.Vn/Vt) with the measurement X of the relative position of the magnet and probe.

이러한 실시예는, 당업자가 이 명세서를 읽음으로써 이해할 수 있을 것이고, 예비 교정 및 최적화 단계는 절대 위치 측정을 위한 관련 시스템을 파라미터화하기 위한 방법을 구성한다. Such embodiments will be appreciated by those skilled in the art upon reading this specification, and the preliminary calibration and optimization steps constitute a method for parameterizing the relevant system for absolute position measurement.

더 나아가, 구조 상수 C는 자석의 자기화 피치에 의해 정의되고, 자석과 프로브의 상대적인 움직임의 거리와 각 Arctg(G . Vn / Vt)의 대응하는 변화에 대한 비를 나타낸다.
Further, the structural constant C is defined by the magnetization pitch of the magnet and represents the ratio of the relative distance of the movement of the magnet and the probe to the corresponding change in each Arctg (G.Vn/Vt).

-도 1은 방향이 연속적으로 변화하는 자기화를 갖는 평행 육면체형 자석을 포함하는 측정 시스템의 개략도를 나타내고,
-도 2는 도 1의 자석의 부근에서 측정된 자기 유도를 나타내며,
-도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 2의 자기 유도의 비에 보정이 적용된 유형에 의존하여 획득된 비-선형 결과들과 계산된 전기적 각도를 나타내고,
-도 4는, 평행 육면체형 자석에 대하여, 자기화가 자석의 가운데에 접선 방향인 경우에 적용되는 성능 및 보정 파라미터를 요약한 표를 나타내며,
-도 5는 평행 육면체형 자석에 대하여, 자기화가 자석의 가운데에 대하여 법선 방향인 경우에 적용된 성능 및 보정 파라미터를 요약하는 표이고,
-도 6a, 도 6b 및 도 6c는 각각 디스크형 자석을 포함하는 측정 시스템의 개략적인 도면, 측정 지점에서의 자기 유도 및 비-선형 형태의 결과를 나타내며,
-도 7a, 도 7b 및 도 7c는 각각 튜브형 자석을 구비한 측정 시스템의 개략적인 도면, 측정 지점에서의 자기 유도 및 비-선형 형태의 결과를 나타내고,
-도 8a와 도 8b는 각각 타일 형태를 포함하는 제1 측정 시스템의 개략적인 도면과 비-선형 형태의 결과를 나타내며,
-도 9a 및 도 9b는 각각 타일을 갖는 제2 측정 시스템의 개략적인 도면과 비-선형 형태의 결과를 나타내고,
-도 10은 타일을 갖는 제3 측정 시스템의 개략적인 도면을 나타내며,
-도 11은 다중-주기 링을 갖는 측정 시스템의 개략적인 도면을 나타내고,
-도 12는 단방향성 자기화를 갖는 반면, 움직임의 방향에 따라서 세기가 바뀌는 자석을 갖는 측정 시스템의 개략적인 도면을 나타낸다.
1 shows a schematic diagram of a measuring system comprising a parallelepiped magnet with magnetization that the direction changes continuously,
2 shows the magnetic induction measured in the vicinity of the magnet of FIG. 1,
3A, 3B and 3C show the non-linear results and the calculated electrical angles obtained depending on the type of correction applied to the ratio of magnetic induction of FIG. 2,
4 shows a table summarizing the performance and correction parameters applied when the magnetization is tangential to the center of the magnet, for a parallelepiped magnet,
5 is a table summarizing the performance and correction parameters applied when the magnetization is normal to the center of the magnet, for a parallelepiped magnet,
6a, 6b and 6c show schematic views of a measuring system comprising disc magnets, respectively, magnetic induction and non-linear form at the measuring point,
7a, 7b and 7c show schematic diagrams of a measuring system with tubular magnets, respectively, in magnetic induction and non-linear form at the measuring point,
8a and 8b show schematic and non-linear results of a first measuring system, each comprising a tile form,
9a and 9b show a schematic view of a second measuring system with tiles, respectively, and in a non-linear form,
10 shows a schematic illustration of a third measuring system with tiles,
11 shows a schematic illustration of a measuring system with a multi-cycle ring,
FIG. 12 shows a schematic view of a measuring system with a magnet having unidirectional magnetization while varying in strength with the direction of movement.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여, 비-제한적인 실시예들의 상세한 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 수 있다. The invention may be better understood by reading the detailed description of non-limiting embodiments, with reference to the accompanying drawings.

도 1은 평행 육면체형 자석(1)을 갖는, 선형 절대 위치를 측정하기 위한 시스템의 제1 실시예의 개략적인 도면을 나타낸다. 이 실시예는 24 mm로 설정된 작은 길이(L)를 갖는 자석(1)으로 28 mm의 경로에 대한 선형 위치 센서를 제공하는 것을 포함한다. 따라서, 이 배치의 이점은 재료와 벌크 형태에서의 이득과 그에 따른 비용과 대형화에 있다. 도 1에서, 자석(1)은 5 mm의 폭(LA)과 3 mm의 높이(H)를 갖는다. 자석(2)의 폭과 높이는 고조파 성분(harmonic content)에 거의 영향을 미치지 않으며, 단순히 획득된 신호들의 진폭에만 영향을 미칠 것이라는 것을 상기해야 한다. 상기 자석(1)은 180°가까운 각도에 대하여 자석 내부에서 연속적으로 변화하는 자기화 방향을 갖도록 자기화된다. 상기 각도는 비-선형 형태의 우수한 결과를 얻을 수 있도록 분석적으로 결정된다. 상술한 자석(1) 위에, 윗면으로부터 3.5 mm의 거리에서, 공간상의 지점에서 움직임의 방향에 대하여 정의된, 각각 자기장의 접선 방향 성분과 법선 방향 성분인, 두 개의 수직 하는 축에 대한 자기장의 진폭 Bt과 Bn을 추적할 수 있는 감자기성 추적 수단을 포함하는 프로브(2)가 있게 된다. 상기 추적 수단은 전선 방향과 법선 방향 성분들이 보다는, 접선 방향 및 축 방향 마그네틱 성분들을 이용하기 위하여 차원(LA)을 따라서, 자석(1)의 대칭적인 평면으로부터 이동될 수 있다는 것을 상기해야 한다. 1 shows a schematic illustration of a first embodiment of a system for measuring linear absolute position with a parallelepiped magnet 1. This embodiment includes providing a linear position sensor for a 28 mm path with a magnet 1 having a small length L set to 24 mm. Thus, the advantages of this arrangement are in the benefits of the material and bulk form, and hence the cost and size. In FIG. 1, the magnet 1 has a width LA of 5 mm and a height H of 3 mm. It should be recalled that the width and height of the magnet 2 have little effect on the harmonic content and will only affect the amplitude of the acquired signals. The magnet 1 is magnetized to have a continuously changing magnetization direction inside the magnet with respect to an angle close to 180 °. The angle is analytically determined to obtain good results in non-linear form. The amplitude of the magnetic field with respect to the two perpendicular axes, respectively, on the magnet 1 described above, at a distance of 3.5 mm from the top, defined for the direction of movement at the point in space, respectively, the tangential and normal components of the magnetic field. There will be a probe 2 comprising a potato tracking means capable of tracking Bt and Bn. It should be recalled that the tracking means can be moved from the symmetrical plane of the magnet 1 along the dimension LA in order to use the tangential and axial magnetic components rather than the wire and normal components.

도 2는, 도 1의 경우에서 자석(1)이 추적 수단(2)들의 홀 요소들에 대하여 프로브의 상대적인 위치의 함수에 따라 위치하는 지점에서 법선 방향 자기장 성분(BN) 및 접선 방향 자기장 성분(BT)의 유도 측정의 결과를 나타낸다. FIG. 2 shows the normal magnetic field component B N and the tangential magnetic field component at the point where the magnet 1 in the case of FIG. 1 is located as a function of the relative position of the probe with respect to the Hall elements of the tracking means 2. The result of the induction measurement of (B T ) is shown.

이 구성에서, 접선 방향 및 법선 방향 신호들은 특히 에지 효과로 인하여, 그러나 보다 일반적으로는 상술한 다양한 이유들로 인하여 고조파 성분이 크기 때문에 90°로 위상 이동된 두 개의 다른 사인파(sinuse)들과는 사실상 다른 것이다. In this configuration, the tangential and normal signals are virtually different from the two other sinuses phase shifted by 90 °, in particular due to the edge effect, but more generally for the various reasons mentioned above. will be.

사실, 위치가 두 가지 성분(미국 특허 제7,741,839호에서 설명된)들 사이의 아크탄젠트 계산에 기초하여 산출된 경우, 도 3a에서 도시된 바와 같이, 또는 상수 k는 사전이 미리 적용되고, 도 3b에 도시된 바와 같이 유럽 특허 제1989505호에 개시된 바와 같이 진폭 Vmaxt/Vmaxn들의 비와 같은 값을 가지며, 이것은 상당한 부정확함을 초래한다. In fact, if the position is calculated based on the arctangent calculation between two components (described in US Pat. No. 7,741,839), as shown in FIG. 3A, or the constant k is pre-applied, and FIG. 3B As shown in European Patent No. 1989505, it has the same value as the ratio of amplitude Vmax t / Vmax n , which leads to significant inaccuracy.

도 3a에서, 곡선 POS는 이득을 적용하지 않고, 도 2의 신호들의 비에 적용된 아크탄젠트 계산으로부터 산출된 전기적 각도와 위치의 이미지를 나타낸다. 신호 NL은 실제 기계적 위치의 함수로서 신호 POS의 비-선형성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 신호에서 얻어질 수 있는 비-선형성은 +/- 2.8%이기 때문에 그 결과는 열악하다. In FIG. 3A, the curve POS shows an image of the electrical angle and position calculated from the arc tangent calculation applied to the ratio of the signals in FIG. 2 without applying a gain. Signal NL represents non-linearity of signal POS as a function of actual mechanical position. As shown, the result is poor because the non-linearity obtainable in the signal is +/- 2.8%.

도 3b에서, 법선 방향 및 접선 방향 성분들에 적용된 이득은, 아크탄젠트 계산 전에는, 이러한 성분들의 진폭의 비와 같다. 도 2에 따르면, 진폭이 433 가우스(Gauss)인 접선 방향 신호와 진폭이 660 가우스인 법선 방향 신호를 사용함으로써, 따라서 이 이득 값은 0.65 (433/660)에 가까워지게 된다. 경로에 대하여 적용된 성분들의 비를 적용하고 아크탄젠트 계산을 통하여, 상기 비로 계산된 위치, POSk는 +/- 1.3%의 비-선형성을 가지며, NLk로 표시된다. 많은 실시예에서, 이러한 비-선형성은 허용될만한 것이 아니다. 따라서, 당업자는 상술한 바와 같은 다른 기술들을 사용하여 비-선형성을 바로잡고자 할 것이다. In FIG. 3B, the gain applied to the normal and tangential components is equal to the ratio of the amplitude of these components before the arctangent calculation. According to FIG. 2, by using a tangential signal with an amplitude of 433 Gaussian and a normal signal with an amplitude of 660 Gaussian, this gain value is thus close to 0.65 (433/660). By applying the ratio of the components applied to the path and calculating the arctangent, the position, POSk, calculated as the ratio, has a non-linearity of +/- 1.3% and is expressed as NLk. In many embodiments, such non-linearity is not acceptable. Thus, one skilled in the art would like to correct non-linearity using other techniques as described above.

이를 위해서, 아크탄젠트 계산이 홀 효과 부재들에 의하여 추적된 전기적 신호들의 비나, 진폭 Vmaxt/Vmaxn 들의 단순 비 k로 의해 가중된 신호들에 적용되는 것이 아니라 본 발명의 특정 이득 계수 G를 사용함으로써 가중된 신호들에 의해 적용된다. For this purpose, the arc tangent calculation is not applied to the signals weighted by the ratio of the electrical signals tracked by the Hall effect members, or by the simple ratio k of amplitudes Vmax t / Vmax n , but using the specific gain factor G of the present invention. By means of weighted signals.

사실, 전기 신호들이 완전한 사인파 형태가 아닌 변형된 사인파 형태인 경우, 이득 계수는, 진폭 Vmaxt/Vmaxn들의 비에 잠재적으로 가까울 지라도, 상기 비와는 항상 다르다. 상기 계수의 정확한 값은 모의 계산된 자기 위치와 실제 기계적 위치 데이터에 적용된 최적화 알고리즘에 의하여 결정된다. 편차는 측정 시스템을 계산 수단에서 사용하고자 하는 이득 계수 G를 결정하도록, 자기적 위치와 기계적 위치 값들 사이에서 최소화된다. In fact, if the electrical signals are in the form of a modified sinusoid rather than a perfect sinusoidal form, the gain factor is always different from that ratio, even if potentially close to the ratio of amplitudes Vmax t / Vmax n . The exact value of the coefficient is determined by an optimization algorithm applied to the simulated magnetic position and the actual mechanical position data. The deviation is minimized between the magnetic position and mechanical position values to determine the gain factor G which the measuring system intends to use in the calculation means.

결국, 시뮬레이션에 의하여 유도 자장을 얻을 수 없고, 또는 프로브의 위치 추적이 보정되어야만 하는 경우, 성분들은 실제 기계적 위치의 함수로서 원형으로 측정되고, 측정된 기계적 위치는 교정된(calibrated) 위치 센서를 사용하여 측정된다. 앞서와 같이, 그러면 측정 시스템의 계산 수단으로서 사용될 수 있는 이득 계수 G를 결정하도록, 편차는 기계적 위치 값들과 비 Vn/Vt의 아크탄젠트에 의하여 계산된 자기적 위치 값들 사이에서 최소화된다. After all, if the induced magnetic field cannot be obtained by simulation, or if the position tracking of the probe must be corrected, the components are measured in a circle as a function of the actual mechanical position, and the measured mechanical position is measured using a calibrated position sensor. Is measured. As before, the deviation is minimized between the mechanical position values and the magnetic position values calculated by the arc tangent of the ratio Vn / Vt, so as to determine the gain factor G which can then be used as the calculation means of the measuring system.

도 3c는, 여전히 도 1의 구성에서, 본 발명에서 제시된 방법을 적용하는 한편, 출력 신호의 형태와 그 신호의 비-선형성의 결과들을 나타낸다. 신호 POSG는 이득 G가 적용된 접선 방향 성분 및 법선 방향 성분들의 이미지들인 전압의 비의 아크탄젠트 계산에 의하여 얻어지는 신호를 나타낸다. 0.76인 이득 G이 적용된 경우, NLG로 표시된 획득된 위치 신호의 비-선형성은 따라서 +/- 0.62%로 낮아지게 되거나, 오로지 진폭들의 비의 이득만으로 획득된 값보다 2배 작은 값을 갖게 된다.FIG. 3C shows the shape of the output signal and the results of non-linearity of the signal while still applying the method presented in the present invention in the configuration of FIG. 1. The signal POSG represents a signal obtained by calculating the arc tangent of the ratio of the voltages, which are images of the tangential and normal components with the gain G applied. When gain G of 0.76 is applied, the non-linearity of the obtained position signal represented by NLG is thus lowered to +/- 0.62%, or has a value twice as small as that obtained only by the gain of the ratio of amplitudes alone.

도 1의 실시예에 관련된 예는 제한적인 것이 아니며, 다양한 크기의 자석과 측정 환경에서 다양한 보정 이득 값을 사용한다. The example related to the embodiment of FIG. 1 is not limiting and uses various correction gain values in various sizes of magnets and measurement environments.

수행된 다양한 테스트들은, 고조파 성분을 무시할 수 없는 경우 상수 G는 k와 크게 달라지는 것을 알고 있으므로, 이득 G가 0.4 k 내지 0.98 k의 범위의 진폭들의 비인 k값보다 작거나, 1.02 k 내지 2.5 k 범위의 k값보다 크게 변화하는 것을 나타낸다. The various tests performed know that the constant G is significantly different from k when the harmonic components cannot be ignored, so the gain G is less than the value of k, which is the ratio of the amplitudes in the range of 0.4 k to 0.98 k, or in the range 1.02 k to 2.5 m It is shown to change larger than the value of k.

도 4는, 결과들의 변화와 경로에 대하여 획득된 신호의 비-선형성의 형태의 최선의 결과를 얻기 위하여 법선 방향 성분과 접선 방향 성분의 비에 적용되는 최적화된 보정 이득 G과 종래 기술에 의해 제안된 이득 k의 차이를 나타내도록, 평행 육면체형 자석의 가운데에서 접선 방향인 자기화 방향을 갖는 경우의 28 mm의 경로를 갖는 선형 위치 센서를 추적하기 위해 수행된 테스트를 요약하는 표를 나타낸다. 제1 열(치수)은 다양하게 고려된 기하학적 경우의 치수를 나타낸다. 각각의 시간에, 길이가 20 mm에서 32 mm까지 변화하는 경우의 평행 육면체형 자석을 포함한다. 제2 열(공기 간극(air gap))은 자석의 표면과 측정 수단들 사이에서 측정된 공기 간극 또는 거리(D)를 나타낸다. 제3 열은 접선 방향 진폭(b1)과 법선 방향 진폭(a1)의 비에 대응하는 본 발명의 종래 기술에 따라서 계산된 계수 k의 변화를 나타낸다. 제4 열은 k값과 λ의 곱과 같고 본 발명에서 제안하고 있는 계수 G의 변화를 나타낸다. 제5열은 λ값을 나타낸다. 제6 열은 보정 계수 G를 사용한 28 mm의 경로에 대하여 획득된 비-선형성 값을 나타내는 반면, 제7 열은 종래 기술의 보정 계수 k를 사용하여 획득된 28 mm의 경로에 대하여 획득된 비-선형성을 나타낸다. Fig. 4 is proposed by the prior art and the optimized correction gain G applied to the ratio of the normal component and the tangential component in order to obtain the best results in the form of the non-linearity of the obtained signal with respect to the path of the results. To show the difference of gain k, the table summarizing the tests performed to track the linear position sensor with a path of 28 mm in the case of a tangential magnetization direction in the center of the parallelepiped magnet is shown. The first column (dimensions) represents the dimensions of the geometric case considered in various ways. Each time, it includes a parallelepiped magnet when the length varies from 20 mm to 32 mm. The second row (air gap) represents the air gap or distance D measured between the surface of the magnet and the measuring means. The third column shows the change in coefficient k calculated according to the prior art of the present invention corresponding to the ratio of the tangential amplitude b 1 and the normal amplitude a 1 . The fourth column is equal to the product of k and lambda, and shows the change in coefficient G proposed in the present invention. The fifth column represents the lambda value. The sixth column represents the non-linearity values obtained for the 28 mm path using the correction factor G, while the seventh column represents the non-linear values obtained for the 28 mm path obtained using the prior art correction factor k. Indicates linearity.

이러한 실험 예들은 모든 경우에, 비-제한적인 것이나, 일반적인 예들이고, 각각에 대하여, 종래 기술의 계수 k로 획득된 비-선형성은 k와는 엄밀히 다른 계수 G를 사용함으로써 실질적으로 개선될 수 있다. These experimental examples are in all cases non-limiting, but common examples, and for each, the non-linearity obtained with the prior art coefficient k can be substantially improved by using a coefficient G that is strictly different from k.

도 4의 표는 특히 매우 우수한 선형성을 보장하면서 경로보다 훨씬 짧은 길이를 갖는 센서를 제공하는 것을 나타낸다. "실험 예 5"를 참조하면, 자석의 길이는 20 mm이나, 경로 28 mm보다 훨씬 작다. 종래 기술에 의해 제안된 보정 계수 k, 0.47을 사용하면, 획득할 수 있는 최선의 비-선형성은 +/- 9%이다. 이값은 산업상 세부사항들과 양립할 수 없는 것이다. 보정 계수 G, 1.05를 사용하면, 획득할 수 있는 최선의 비-선형성이 +/- 0.94%이다. 자석이 경로보다 매우 작은 경우 이러한 구성의 사용이 종래 기술에서는 금지되었지만, 본 발명에서 제안하는 보정 계수를 사용하면, 실현 가능하게 될 수 있다. The table in FIG. 4 shows in particular providing a sensor with a much shorter length than the path while ensuring very good linearity. Referring to "Experiment 5", the length of the magnet is 20 mm, but much smaller than the path 28 mm. Using the correction factor k, 0.47 proposed by the prior art, the best non-linearity achievable is +/- 9%. This value is incompatible with industrial details. Using the correction factor G, 1.05, the best non-linearity that can be obtained is +/- 0.94%. Although the use of such a configuration is prohibited in the prior art when the magnet is much smaller than the path, it can be realized using the correction coefficient proposed in the present invention.

도 5는 자기화 방향이 평행 육면체형 자석의 가운데에 법선 방향인 경우에 28 mm의 경로를 갖는 선형 위치 센서를 추적하기 위해 수행된 테스트를 요약하는 표를 나타낸다. 도 4의 표에서 이미 도시된 것과 같은 열들을 이 표에서도 볼 수 있다. 따라서 고려된 구성의 함수로서 자석(1)의 가운데에 대하여 법선 방향 또는 접선 방향인 자기화를 형성하는 이점과 영향을 관찰할 수 있다.FIG. 5 shows a table summarizing the tests performed to track a linear position sensor with a path of 28 mm when the magnetization direction is normal to the center of the parallelepiped magnet. The same columns as already shown in the table of FIG. 4 can also be seen in this table. Thus, the advantages and effects of forming magnetization in the normal or tangential direction with respect to the center of the magnet 1 can be observed as a function of the contemplated configuration.

예를 들면, "실험 예 14"를 참조하면, 이것은 길이 24 mm를 갖는 자석(1)이고, 따라서 경로보다 작고, 측정 거리는 자석 위에서 6.5 mm 이거나 상대적으로 긴 거리를 갖는다. 종래 기술에서 제안하고 있는 보정 계수 k, 0.52를 사용하면, 얻어질 수 있는 최고의 비-선형성은 +/- 3.7%이다. 이값은 대부분의 산업상 세부 사항들과 양립할 수 없는 것이다. 1.30배 더 크거나, 또는 0.69인 보정 계수 G를 사용하면, 얻어질 수 있는 최고의 비-선형성은 +/- 0.08%이 된다. 자기화 방향이 그 가운데에 대하여 접선 방향인 경우의 각각의 실험 예에 대한 도 4의 표를 참조하면, 획득할 수 있는 최고가 계수 G, 0.87에 대하여 +/- 0.21%이 된다. 따라서, 자석(1)의 가운데에 법선 방향인 자기화를 제공함으로써, 자석(1)의 크기를 줄이면서 자석으로부터 상당한 거리에서 작동하는 것을 유지할 수 있고, 최소의 비-선형성을 보장하고 엄격한 세부 사항들과 양립할 수 있게 된다. For example, referring to "Experimental Example 14", this is a magnet 1 having a length of 24 mm, and thus smaller than a path, and the measuring distance is 6.5 mm or relatively long over the magnet. Using the correction factor k, 0.52 proposed in the prior art, the best non-linearity that can be obtained is +/- 3.7%. This value is incompatible with most industrial details. Using a correction factor G that is 1.30 times larger, or 0.69, the best non-linearity that can be obtained is +/- 0.08%. Referring to the table of FIG. 4 for each experimental example when the magnetization direction is tangential to the center, the highest obtainable coefficient G, +7, is +/− 0.21%. Thus, by providing normalized magnetization in the center of the magnet 1, it is possible to reduce the size of the magnet 1 while maintaining operation at a considerable distance from the magnet, ensuring minimum non-linearity and strict details. It becomes compatible with the field.

또한, 표 5에서, 또 다른 실시예를 참고하자. "실험 예 20"은 자석이 경로보다 더 긴(길이가 32mm인) 경우를 나타낸다. 자석으로부터 3.5 mm의 거리에서 작동함으로써, 계수 k, 0.48에 대하여 +/- 4.6%에서, 보정 계수 G, 0.3에 대하여 +/- 0.29%로 비-선형성이 개선될 수 있다. 따라서, 자석이 경로보다 긴 길이를 갖는 경우에도 개선된 정확도를 갖는 센서를 제공할 수 있다. Also, in Table 5, reference is made to another embodiment. "Experimental example 20" shows the case where the magnet is longer than the path (32 mm in length). By operating at a distance of 3.5 mm from the magnet, the non-linearity can be improved from +/- 4.6% for the coefficient k, 0.48 to +/- 0.29% for the correction factor G, 0.3. Thus, it is possible to provide a sensor with improved accuracy even if the magnet has a length longer than the path.

바람직하게는, 도 5의 이 표는 제약이 엄격한 경우의 특히 적합한 예를 결정할 수 있게 한다. "실험 예 21"은 측정 공기 간극이 작은 (2 mm) 경우, 그리고 자석(1)이 경로보다 매우 작은 길이(28mm 경로에 대하여 20 mm 인)인 경우에 대응한다. 그 경우에, 에지 효과는 상당하고 프로브(2)와 자석(1) 사이의 근접함으로 고조파 성분을 매우 크게 한다. 종래 기술의 0.55의 보정 계수 k로, 얻을 수 있는 최고의 선형성은 +/- 6%인 반면, 보정 계수 G, 0.31로 얻을 수 있는 비-선형성은 +/- 0.6%이 된다. 따라서, 더욱 작은 자석을 갖는 고-정밀 센서를 제공할 수 있고, 작은 측정 공기 간극으로도 작동될 수 있다. Preferably, this table of FIG. 5 makes it possible to determine a particularly suitable example when the constraints are strict. "Experimental example 21" corresponds to the case where the measurement air gap is small (2 mm) and the case where the magnet 1 is much smaller than the path (20 mm for the 28 mm path). In that case, the edge effect is significant and the harmonic component becomes very large due to the proximity between the probe 2 and the magnet 1. With the correction factor k of 0.55 in the prior art, the highest linearity obtainable is +/- 6%, while the non-linearity obtainable with correction factor G, 0.31 is +/- 0.6%. Thus, it is possible to provide a high-precision sensor with smaller magnets and to operate even with a small measuring air gap.

도 6a는 디스크형 자석을 갖는, 절대 각 위치를 측정하기 위한 시스템의 제1 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다. FIG. 6A is a schematic illustration of a first embodiment of a system for measuring absolute angular position, having a disc-shaped magnet; FIG.

자기화의 방향은 자석(1)의 두께에 따라서 연속적으로 변화하고, 자기화는 360 ° 회전을 수행한다. 프로브는 (S)로 표시된 원 상에 위치하고, 자석(1)과 동축이고, 자석(1) 위에 위치하며, 시각적인 경로를 나타내며, 상기 경로 상에서 프로브(2)는 자석(1)에 대하여 움직이거나 자석(1)이 프로브(2)에 대하여 움직인다. 절대 위치를 계산하기 위하여 사용된 성분들은 마그네틱 성분 Bt 및 Bn의 이미지들이고, Vt 및 Vn으로 표시된 접선 방향 및 법선 반향 전기적 성분들이다. The direction of magnetization changes continuously in accordance with the thickness of the magnet 1, and the magnetization performs a 360 ° rotation. The probe is located on a circle labeled (S), coaxial with the magnet 1, located above the magnet 1, representing a visual path, on which the probe 2 moves relative to the magnet 1 or The magnet 1 is moved relative to the probe 2. The components used to calculate the absolute position are images of the magnetic components Bt and Bn, and the tangential and normal echo electrical components, denoted Vt and Vn.

도 6b에서, 성분 Bt와 Bn은 도시된 바와 같이 20 mm의 외부 직경, 10 mm의 내부 직경 및 2.5 mm의 두께를 갖는 자석(1)의 경우에 표면으로부터 3 mm 거리 (D)에 위치한 프로브(2)에 의해 360°의 기계적 각 이동(angular travel)을 갖는 것으로 도시되었다. 성분들에 따라서 삼각형 및 사다리꼴 형 변형을 형성하는 경향이 있는 랭크 i=3의 고조파를 포함하는 이러한 신호들이 나타난다. In FIG. 6B, components Bt and Bn are probes located at a distance D of 3 mm from the surface (D) in the case of a magnet 1 having an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 10 mm and a thickness of 2.5 mm as shown. 2) it is shown to have a mechanical angular travel of 360 °. These signals appear to include harmonics of rank i = 3 which tend to form triangular and trapezoidal deformations depending on the components.

도 6c에서, 본 발명에 의해 청구되는 바와 같이 계수 G의 기여도를 다시 나타낼 수 있고, 종래 기술에 제안에 따르면 +/- 3.6%인데 비해 +/- 0.4%의 센서 비-선형성을 얻을 수 있다. 그러면 적용된 계수는 두 신호들 사이의 진폭의 단순한 비에 대하여는 0.44인데 비해 0.67이 된다. In FIG. 6C, the contribution of the coefficient G can be shown again as claimed by the present invention, and according to the proposals in the prior art, a sensor non-linearity of +/- 0.4% can be obtained compared to +/- 3.6%. The applied coefficient is then 0.67, compared to 0.44 for the simple ratio of the amplitudes between the two signals.

도 7a는 튜브형 자석(1)을 갖는, 절대 각 위치를 측정하는 제1 실시예의 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. FIG. 7A is a schematic illustration of the system of the first embodiment for measuring absolute angular position with a tubular magnet 1.

자기화 방향이 프로브(2)에 의해 나타나는 바와 같이 자석(1) 내부에서 연속적으로 바뀌는 자기화는 완전한 각 경로는 360°각도에 대하여 360° 회전을 야기한다. 프로브(2)는 자석(1)과 동심이고, (S)로 표시된 원형 궤적 위에 위치하며, 바람직하게는 자석(1)의 높이(H)에 위치한다. 절대 위치를 계산하는 데에 사용된 성분들은 Vt 및 Vn으로 표시된 접선 방향 및 법선 방향 전기적 성분들이고, 마그네틱 성분 Bt 및 Bn의 이미지이다. 측정 직경(S)의 높이에 의존하여, 바람직하게는 센서의 정밀성 또는 유도 진폭을 이유로 축 방향 성분(Va) 및 접선 방향 성분(Vt)을 선택할 수 있다. As the magnetization direction is represented by the probe 2, the magnetization continuously changing inside the magnet 1 causes the complete angular path to cause a 360 ° rotation with respect to the 360 ° angle. The probe 2 is concentric with the magnet 1 and is located on the circular trajectory indicated by (S), preferably at the height H of the magnet 1. The components used to calculate the absolute position are the tangential and normal electrical components, denoted Vt and Vn, and are images of the magnetic components Bt and Bn. Depending on the height of the measuring diameter S, it is possible to select the axial component Va and the tangential component Vt, preferably on the basis of the precision of the sensor or the induced amplitude.

도 7b는 360° 각도로 기계적 이동을 하는, 외부 직경 7mm, 내부 직경 5mm 및 두께 3.5 mm의 자석(1)의 경우에 표면에서부터 3.16 mm의 거리에 위치한 프로브(2)에 의해 측정된 성분 Bt 및 Bn을 나타낸다. 이러한 곡선들은, 처음에는 완전한 사인 곡선형 윤곽을 갖는 것으로 보일 수 있으나, 매우 작은 고주파 성분을 갖는다. 7B shows component Bt measured by probe 2 positioned at a distance of 3.16 mm from the surface in the case of a magnet 1 having an outer diameter of 7 mm, an inner diameter of 5 mm and a thickness of 3.5 mm, which makes mechanical movement at a 360 ° angle, and FIG. Bn is shown. These curves may appear to have a complete sinusoidal contour at first, but have very small high frequency components.

그럼에도, 도 7c는 제시하고 있는 계수 G와 종래 기술의 계수 k의 차이는 매우 작을지라도, 특히 자기화 도구의 형상과 자석의 자기 투자율에 기인한 작은 고주파 성분으로 인하여 1.03이 되기 때문에, 그 기여도는 센서의 +/- 0.3%에서 +/- 0.4%.로 개선되고 있는 비-선형성에 대하여는 사실상 주목할만한 것이다. Nevertheless, Fig. 7C shows that although the difference between the coefficient G and the prior art coefficient k is very small, the contribution is 1.03 due to the small high frequency component due to the shape of the magnetizing tool and the magnetic permeability of the magnet. Of note is the non-linearity that is improving from +/- 0.3% of the sensor to +/- 0.4%.

도 8a는 타일형 자석을 갖는, 절대 각 위치 측정을 위한 제1 실시예의 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. FIG. 8A is a schematic illustration of the system of the first embodiment for absolute angular position measurement with a tiled magnet; FIG.

자기화 방향은 움직임의 방향에 따라서 자석(1) 내부에서 연속적으로 바뀌고, 완전 각 경로는 80°로 고려된다. 프로브(2)는 자석(1)의 외부 직경보다 큰 직경에 대응하는 궤적(S)에 대하여 자석(1)의 앞에 위치하고, 자석(1)과 동심으로 배치되고, 바람직하게는 자석(1)의 높이 (H)에 위치한다. 절대 위치를 계산하는 데에 사용된 성분들은 Vt 및 Vn으로 표시된 접선 방향 및 법선 반향 전기적 성분들이고, 마그네틱 성분 Bt 및 Bn들의 이미지이다. 측정 직경(S)의 높이에 따라서, 바람직하게는 센서의 정확도 또는 유도 진폭을 이유로 축 방향 성분(Va)과 접선 방향 성분(Vt)을 선택할 수 있다. The magnetization direction changes continuously inside the magnet 1 according to the direction of movement, and the complete angular path is considered 80 °. The probe 2 is located in front of the magnet 1 with respect to the trajectory S corresponding to a diameter larger than the outer diameter of the magnet 1, and is arranged concentrically with the magnet 1, preferably of the magnet 1. Located at height (H). The components used to calculate the absolute position are the tangential and normal echo electrical components, denoted Vt and Vn, and are images of the magnetic components Bt and Bn. Depending on the height of the measuring diameter S, preferably the axial component Va and the tangential component Vt can be selected on the basis of the accuracy of the sensor or the induced amplitude.

도 8b는 종래 기술은 계수 k를 사용하는 데에 비하여 본 발명에 따르면 이득 G를 사용함으로써 얻어지는 이점들을 나타낸다. 90°, 100° 및 120°의 각 자석 길이(1)에 대하여, 획득할 수 있는 최선의 선형성은 +/- 4% 내지 1%, +/- 1.51% 내지 +/- 0.65% 및 +/- 0.9% 내지 +/- 0.39%이다. 8b shows the advantages obtained by using gain G in accordance with the present invention compared to using the coefficient k in the prior art. For each magnet length 1 of 90 °, 100 ° and 120 °, the best linearity obtainable is +/- 4% to 1%, +/- 1.51% to +/- 0.65% and +/- 0.9% to +/- 0.39%.

도 9a는 타일형 자석을 갖는, 절대 각 위치 측정을 위한 제2 실시예의 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. FIG. 9A is a schematic representation of a system of a second embodiment for absolute angular position measurement with tiled magnets. FIG.

자기화 방향은 이동 방향으로 자석(1)의 내부에서 연속적으로 변화하고, 완전 각 이동은 40°로 설계된다. 프로브(2)는, 원형 궤적(S)의 호에 대하여 자석(1)으로부터 거리(D)로 자석(1)의 앞에 위치하고, 자석(1)과 동심으로 배치된다. 절대 위치를 계산하는 데에 사용된 성분들은 Vt 및 Vn으로 표시된 접선 방향 전기적 성분 및 법선 방향 전기적 성분이고, 마그네틱 성분 Bt 및 Bn의 이미지이다. 측정 직경(S)에 따르면, 바람직하게는 센서의 정확성과 유도 진폭을 이유로 축방향 성분 (Va)와 접선 방향 성분(Vt)을 선택할 수 있다. The magnetization direction changes continuously inside the magnet 1 in the movement direction, and the complete angular movement is designed to be 40 degrees. The probe 2 is located in front of the magnet 1 at a distance D from the magnet 1 with respect to the arc of the circular locus S, and is arranged concentrically with the magnet 1. The components used to calculate the absolute position are the tangential and normal electrical components, denoted Vt and Vn, and are images of the magnetic components Bt and Bn. According to the measuring diameter S, preferably, the axial component Va and the tangential component Vt can be selected on the basis of the accuracy of the sensor and the induced amplitude.

도 9b는 종래기술의 계수 k의 사용에 비하여 본 발명에 따른 이득 G을 사용하여 얻어지는 개선점들을 나타낸다. 30°, 40°, 50°및 70°의 각 자석(1) 길이에 대하여, 각각 획득할 수 있는 최선의 비-선형성은 +/- 2.53% 내지 +/- 0.14%, +/- 5.3% 내지 +/- 0.13%, +/- 3.7% 내지 +/- 0.45%, 및 +/- 0.24% 내지 +/- 0.04%이 된다. 9b shows the improvements obtained using the gain G according to the invention compared to the use of the coefficient k of the prior art. For each magnet 1 length of 30 °, 40 °, 50 ° and 70 °, the best non-linearity achievable respectively is from +/- 2.53% to +/- 0.14%, +/- 5.3% to +/- 0.13%, +/- 3.7% to +/- 0.45%, and +/- 0.24% to +/- 0.04%.

도 10은 타일 자석을 갖는 절대 각 위치를 측정하기 위한 제3 실시예의 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. 이 경우에, 프로브(2)는 궤적(S)에 위치하고, 자석(1)의 상기 곡선 반경과 동심으로 배치되나, 상기 곡선 반경보다 작은 반경을 갖는다. 사실, 상기 곡선 반경보다 작은 반경을 갖는 궤적(S)은, 궤적(S)이 자석의 곡선 반경보다 큰 반경을 갖는 경우보다 개선된 움직임이 상당히 작다는 사실 때문에 적용될 수 있는 보정 요소의 형태에서 다른 결과를 초래한다. 10 is a schematic representation of a system of a third embodiment for measuring absolute angular positions with tile magnets. In this case, the probe 2 is located in the trajectory S and is arranged concentrically with the curve radius of the magnet 1 but has a radius smaller than the curve radius. In fact, the trajectory S having a radius smaller than the curve radius is different in the form of correction elements that can be applied due to the fact that the improved movement is considerably smaller than if the trajectory S has a radius larger than the curvature radius of the magnet. Results.

도 11은 방향이 연속적으로 변화하는 다중-극 자기화를 갖는 링 자석(1)으로 구성된 본 발명에 따른 센서 구조를 나타낸다. 사실 링은 72° 자기화 각도로 5 번의 자기화 주기를 갖는 것을 알 수 있다. 각각의 주기에 걸쳐서, 자기화 방향의 회전은 360°가 된다. 프로브(2)는 자석의 표면에 가까이 위치하고, 따라서 자석이 프로브에 대하여 회전하거나 프로브가 자석에 대하여 회전하는 경우 5 주기에 대한 각 위치를 기록할 수 있게 된다. 그러면 위치 센서는 더 이상 360° 각도에 대한 절대 위치를 제공하지 않더라도, 72° 주기에 대한 절대 위치를 제공할 수 있다. 이러한 종류의 다극 자석 구성으로 예를 들면 모터의 전기 주기에 대하여 절대 위치를 제공할 수 있다. 코더(coder)의 정확성은 모터의 출력 또는 후자에 의해서 제공된 동적 토크의 안정성에 영향을 미친다. 본 발명은 채택된 이득을 사용함으로써 이러한 두 가지 요소들을 개선할 수 있다. 11 shows a sensor structure according to the invention consisting of a ring magnet 1 having a multi-pole magnetization of which the direction changes continuously. In fact, it can be seen that the ring has 5 magnetization cycles at 72 ° magnetization angle. Over each period, the rotation in the magnetization direction is 360 degrees. The probe 2 is located close to the surface of the magnet, thus making it possible to record each position for five cycles when the magnet rotates with respect to the probe or when the probe rotates with respect to the magnet. The position sensor can then provide an absolute position for a 72 ° period, even though it no longer provides an absolute position for a 360 ° angle. This kind of multipole magnet configuration can provide an absolute position with respect to the electric cycle of the motor, for example. The accuracy of the coder affects the output of the motor or the stability of the dynamic torque provided by the latter. The present invention can improve these two factors by using the gains employed.

도 12는 대안적인 자기화 유형을 나타낸다. 자기화의 방향이 연속적으로 바뀌는 것과는 달리, 여기서 제시된 자기화는 하나의 방향에 따라서 연속적으로 변화하고 센서의 움직임에 대응하는 자기화 진폭의 변화를 통하여 수행된다. 다시 여기서, 유사-사인파형 전기 신호들을 얻을 수 있을지라도, 아크탄젠트 계산에 앞서 측정된 두 개의 신호들의 진폭의 비와는 다른 이득의 도입으로 정확도를 향상시킬 수 없다. 12 illustrates an alternative type of magnetization. Unlike the direction of magnetization being changed continuously, the magnetization presented here is carried out through a change in magnetization amplitude that is continuously changed in one direction and corresponding to the movement of the sensor. Here again, although quasi-sinusoidal electrical signals can be obtained, the accuracy cannot be improved with the introduction of a gain other than the ratio of the amplitudes of the two signals measured prior to the arc tangent calculation.

몇 가지 예들에 대하여 여기서 개략적으로 설명하고 도시된 본 발명은 물론 센서의 단일 방향 움직임에 제한되지 않는다. 움직임의 방향에 대해 상술한 것과 같은 원리에 기초하여, 이어지는 (2디 센서(2D sensor)라고 불리는) 2 방향 움직임 센서는 측정 지점에서 만들어지는 자기장의 3가지 성분들(접선 방향 및 두 개의 법선 방향 성분들)을 사용하는 하나 이상의 프로브를 사용하여 구성될 수 있다. The present invention, which is outlined and illustrated herein with respect to some examples, is of course not limited to single direction movement of the sensor. Based on the same principle as described above for the direction of motion, the subsequent two-way motion sensor (called a 2D sensor) consists of three components (tangential and two normal) of the magnetic field created at the measurement point. Components) using one or more probes).

이러한 실시예들에 대해, 당업자는 본 상세한 설명을 읽음으로써 이해할 수 있을 것이고, 예비적인 교정 및 최적화 단계는 절대 위치를 측정하기 위한 관련된 시스템을 파라미너화를 위한 방법을 구성한다. For these embodiments, those skilled in the art will understand by reading this detailed description, the preliminary calibration and optimization steps constitute a method for paramineralizing the relevant system for measuring absolute position.

더 나아가, 구조 상수 C는 자석의 자기화 피치에 의해 정의되고, 각 Arctg(G . Vn / Vt)의 변화에 따른 자석과 프로브의 상대적인 움직임 거리의 비를 나타낸다. Furthermore, the structural constant C is defined by the magnetization pitch of the magnet and represents the ratio of the relative movement distance of the magnet and the probe with the change of each Arctg (G. Vn / Vt).

Claims (19)

영구 자석 및 주어진 경로로 상기 자석에 대하여 이동 가능한 하나 이상의 프로브를 포함하는 시스템으로서,
상기 자석은 이동 방향에 대해 접선 방향인 제1 마그네틱 성분 Bt과, 횡 방향으로 상기 제1 마그네틱 성분에 대해 수직이면서, 법선 방향인 제2 마그네틱 성분 Bn을 갖는 자기장을 상기 프로브에 형성하고, 상기 프로브는 각각 상기 성분 Bn, Bt들에 따르는 두 개의 전기적 신호 Vn, Vt들을 전달하고,
상기 시스템은 보정 계수 G가 적용되는 상기 신호 Vn, Vt들 사이의 아크탄젠트 비에 기초하여 산출된 위치 정보를 제공하는 계산 수단을 더 포함하며,
상기 계산 수단은 k와는 엄격히 다른 이득 G를 신호 Vn, Vt 들 중 하나에 적용하기 위하여 파라미터화되고, 상기 k는 비 Vmaxt/Vmaxn를 의미하고, 상기 Vmaxt, Vmaxn는 각각 상기 경로에 대하여 신호 Vt, Vn들의 진폭을 나타내며, 상기 이득 G는 상기 자기화 성분들의 결과로 획득된 위치 값들과 대응하는 실제 기계적 위치 값들 사이의 편차를 최소화하기 위하여 산출되는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
A system comprising a permanent magnet and one or more probes movable relative to the magnet in a given path,
The magnet forms a magnetic field in the probe having a first magnetic component B t tangential to the direction of movement and a second magnetic component B n perpendicular to the first magnetic component in the transverse direction and normal to the first magnetic component, The probe transmits two electrical signals V n , V t in accordance with the components B n , B t , respectively,
The system further comprises calculation means for providing position information calculated on the basis of the arc tangent ratio between the signals V n , V t to which a correction factor G is applied,
The means for calculating a signal G, which is strictly different from k, signals V n , V t. Parameterized for application to one of the above, k denotes the ratio Vmax t / Vmax n , where Vmax t , Vmax n represent the amplitudes of the signals V t , V n for the path, respectively, and the gain G Is calculated to minimize the deviation between the position values obtained as a result of the magnetization components and the corresponding actual mechanical position values.
제 1 항에 있어서,
상기 영구 자석은 이동 방향으로 연속적으로 변화하는 자기화 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method of claim 1,
And the permanent magnet has a magnetization direction that continuously changes in the direction of movement.
제 1 항에 있어서,
상기 영구 자석은 단방향으로 자기화되고, 상기 자기화의 세기는 이동 방향으로 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method of claim 1,
The permanent magnet is magnetized in one direction, and the strength of the magnetization is continuously varied in the direction of movement.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계산 수단은 0.4 k 내지 0.98 k로 이루어진 이득 G를 신호 Vn, Vt들 중 하나에 적용하도록 파라미터화되는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Said calculating means is parameterized to apply a gain G consisting of 0.4 k to 0.98 k to one of the signals V n , V t .
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계산 수단은 1.02 k 내지 2.5 k로 이루어진 이득 G를 신호 Vn, Vt들 중 하나에 적용하도록 파라미터화되는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Said calculating means is parameterized to apply a gain G consisting of 1.02 k to 2.5 k to one of the signals V n , V t .
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마그네틱 센서는 두 개 이상의 홀 효과 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein said magnetic sensor comprises at least two Hall effect sensors.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마그네틱 센서는 자속 집중기에 결합된 두 쌍 이상의 홀 효과 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
And said magnetic sensor comprises at least two pairs of Hall effect members coupled to a flux concentrator.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석은 튜브형인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 7,
And the permanent magnet is tubular.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석은 유사-튜브형 및 타일형인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 7,
And the permanent magnets are quasi-tube and tiled.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석은 디스크형인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 7,
And the permanent magnet is disk-shaped.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석은 각 섹터형인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 7,
And the permanent magnet is angular sector type.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석은 평행 육면체형인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 7,
And the permanent magnet is of a parallelepiped type.
제 2 항, 제 6 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석은 상기 경로의 단부에 대하여 접선 방향인 방향과 법선 중앙 방향 사이에서 바뀌는 방향으로 자기화되고, 상기 경로에 대한 전기적 각도의 전체 회전은 실질적으로 180 °인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method according to any one of claims 2 and 6 to 12,
The permanent magnet is magnetized in a direction that changes between a direction tangential to the end of the path and a normal center direction, and the total rotation of the electrical angle with respect to the path is substantially 180 °. System.
제 2 항, 제 6 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석은 상기 경로의 단부에 대하여 접선 방향인 방향과 접선 중앙 방향 사이에서 바뀌는 방향으로 자기화되고, 상기 경로에 대한 전기적 각도의 전체 회전은 360°보다 작은 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method according to any one of claims 2 and 6 to 12,
The permanent magnet is magnetized in a direction that changes between a direction tangential to the end of the path and a tangential center direction, and the total rotation of the electrical angle with respect to the path is less than 360 °. system.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석은 비등방성 타입이고, 상기 자기화의 방향은 상기 비등방성 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
15. The method according to any one of claims 1 to 14,
The magnet is anisotropic type and the direction of magnetization is aligned in the anisotropic direction.
제 15 항에 있어서,
상기 자석은 방향이 상기 자석의 경로에 따라서 연속적으로 바뀌는 비등방성을 갖는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정을 위한 시스템.
The method of claim 15,
And the magnet has anisotropy whose direction is changed continuously along the path of the magnet.
이용 가능한 경로에 대하여 신호 Vn, Vt들의 최대값 Vmaxn, Vmaxt을 결정하는 것,
비 Vmaxt / Vmaxn 와 같은 계수 k를 산출하는 것, 그리고
아크탄젠트 계산에 전에 상기 산출된 위치와 실제 위치 사이의 차이의 글로벌 최소화를 통하여 k와는 엄격히 다른 이득 계수 G를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 계산을 위한 시스템 파라미터화 방법.
Maximum value of signals V n , V t for available paths Determining Vmax n , Vmax t ,
Calculating a coefficient k equal to the ratio Vmax t / Vmax n , and
Setting a gain factor G that is strictly different from k through global minimization of the difference between the calculated position and the actual position prior to arctangent calculation.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호 Vn 및 Vt들이 측정되고,
자기적 위치는 비 Vn / Vt의 아크탄젠트에 의하여 산출되고,
편차는 이득 계수 G를 결정하기 위하여, 실제 기계적 위치 값과 아크탄젠트에 의해 산출된 상기 자기적 위치 값들 사이에서 최소화되는 것을 특징으로 하는 절대 위치 산출을 위한 시스템의 파라미터화 방법.
18. The method according to any one of claims 1 to 17,
The signals Vn and Vt are measured,
The magnetic position is calculated by the arc tangent of the non-Vn / Vt,
The deviation is minimized between the actual mechanical position value and the magnetic position values calculated by the arc tangent to determine the gain factor G.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 절대 위치 산출을 위한 시스템의 작동 방법으로서,
측정 또는 시뮬레이션을 통하여 그리고 자석과 프로브의 복수개의 상대적인 위치들에 대하여, 상기 상대적인 위치 각각의 측정치 X들을 상기 상대적 위치 X에 대하여 획득된 전기적 신호 Vn 및 Vt들의 비 Vn / Vt에 연결하는 법칙을 설립하는 것으로 이루어진 예비 교정 단계,
C는 공지된 구조 상수이고, 이득 G을 위해 편차가 복수의 상대적 위치들에 대하여 획득된 다양한 측정치 X들과 대응하는 다양한 함수 C.Arctg(G . Vn / Vt) 값들 사이에서 얻어지는 최소값인, 상기 이득 G 값을 결정하는 것으로 이루어진 예비 최적화 단계, 및
상기 함수 C.Arctg(G . Vn / Vt)의 값과 자석과 프로브의 상대적인 어떤 위치의 측정치 X를 비교하는 것으로 이루어지는 연속된 이용 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 산출을 위한 시스템의 작동 방법.
18. A method of operating a system for calculating absolute position according to any of the preceding claims, wherein
Through a measurement or simulation and for a plurality of relative positions of the magnet and the probe, establish a law that connects the measured values X of each of the relative positions to the ratio Vn / Vt of the electrical signals Vn and Vt obtained with respect to the relative position X. Preliminary calibration steps,
C is a known structural constant, and for gain G, the deviation is the minimum value obtained between the various measured values X obtained for a plurality of relative positions and corresponding various function C.Arctg (G.Vn/Vt) values. A preliminary optimization step consisting in determining the gain G value, and
And a continuous use step consisting of comparing the value of the function C.Arctg (G.Vn/Vt) with the measured value X of a relative position of the magnet and the probe. .
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